ITMI981112A1

ITMI981112A1 - CENTRIFUGAL PUMP WITH RADIAL SEAL

Info

Publication number: ITMI981112A1
Application number: IT98MI001112A
Authority: IT
Inventors: Massimo Precetti
Original assignee: Termomeccanica S P A
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-20
Also published as: ATE205915T1; ES2163232T3; DE69801740D1; DE69801740T3; EP0959254B2; US6004094A; PT959254E; EP0959254A1; DK0959254T3; DE69801740T2; DE959254T1; EP0959254B1

Abstract

A radially sealed centrifugal pump comprises a casing (2) to which a shaft (4) is rotatably connected, and an impeller (5), connected to said shaft (4), free to rotate within said casing (2), and said pump has, between said casing (2) and said impeller (5) which are in relative motion, opposed surfaces (21, 22) which are substantially perpendicular to the axis of said impeller (5) and which form the seal. <IMAGE>

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale DESCRIPTION of the industrial invention

La presente invenzione si riferisce ad una pompa centrifuga a tenuta radiale. The present invention refers to a centrifugal pump with radial seal.

Negli impianti nei quali scorrono fluidi non comprimibili, come ad esempio l'acqua, sono sempre presenti macchine che provvedono a movimentare, sollevare e più in generale a fornire energia all'acqua del circuito. Le macchine che assolvono a questa funzione sono le pompe che, a secondo del modo di operare si distinguono in alternative, assiali, centrifughe etc. In systems where non-compressible fluids flow, such as water, there are always machines that move, lift and more generally supply energy to the circuit water. The machines that perform this function are the pumps which, according to the way of operating, are divided into alternatives, axial, centrifugal etc.

Le pompe centrifughe fanno parte della famiglia delle turbomacchine operatrici; in queste pompe, lo scambio di energia tra macchina e fluido avviene attraverso forze idrodinamiche che, le pale della macchina in moto relativo rispetto al fluido, esercitano sul fluido stesso. Centrifugal pumps are part of the family of operating turbomachinery; in these pumps, the exchange of energy between the machine and the fluid takes place through hydrodynamic forces which the blades of the machine in relative motion with respect to the fluid exert on the fluid itself.

Come è noto sono da tempo presenti sul mercato pompe centrifughe che, nella loro struttura essenziale, comprendono una cassa esterna, all'interno della quale può ruotare, mossa da un albero collegato ad un motore, una girante. Interposti tra la cassa e la girante tali pompe presentano opportuni anelli di tenuta, che esercitano la loro azione lungo generatrici o parti di esse delle superfici affacciate, in genere sostanzialmente cilindriche e coassiali alla girante stessa. Inoltre, esternamente alla cassa e/o alla camera del fluido, la pompa presenta cuscinetti volventi o a strisciamento per effettuare la connessione girevole dell'albero, sul quale è calettata la girante, alla cassa stessa. Associati ai cuscinetti tali pompe presentano dei circuiti ausiliari e dei serbatoi, necessari per contenere e distribuire il grasso o l'olio di lubrificazione dei cuscinetti. As is known, centrifugal pumps have been on the market for some time which, in their essential structure, comprise an external casing, inside which an impeller can rotate, moved by a shaft connected to a motor. Interposed between the casing and the impeller, these pumps have suitable sealing rings, which exert their action along generatrices or parts thereof of the facing surfaces, generally substantially cylindrical and coaxial to the impeller itself. Furthermore, externally to the casing and / or the fluid chamber, the pump has rolling or sliding bearings to make the rotatable connection of the shaft, on which the impeller is keyed, to the casing itself. Associated with the bearings, these pumps have auxiliary circuits and reservoirs, necessary to contain and distribute the grease or lubricating oil of the bearings.

Tali pompe implicano notoriamente che, a causa delle ingenti perdite per trafilamento attraverso le tenute in particolare tra le camere ad alta e bassa pressione, si verifica una grave diminuzione di rendimento della macchina. It is known that such pumps imply that, due to the large losses due to leakage through the seals, in particular between the high and low pressure chambers, there is a serious decrease in the efficiency of the machine.

Inoltre, il funzionamento risulta spesso ad elevato impatto ambientale poiché rumoroso ed inquinante, a causa della presenza -dei circuiti ausiliari di lubrificazione dei cuscinetti e della produzione di olii o grassi lubrificanti esausti. Infatti, a causa dei trafilamenti di lubrificante dalle tenute dei circuiti ausiliari, si ha dispersione nell'ambiente di un agente fortemente inquinante; inoltre, il lubrificante scaricato da una macchina, ad esempio per la sua sostituzione, deve essere accumulato e smaltito in modo opportuno. Furthermore, operation often has a high environmental impact since it is noisy and polluting, due to the presence of the auxiliary bearing lubrication circuits and the production of exhausted lubricating oils or greases. In fact, due to the leakage of lubricant from the seals of the auxiliary circuits, a highly polluting agent is dispersed into the environment; moreover, the lubricant discharged from a machine, for example for its replacement, must be accumulated and disposed of in an appropriate way.

Infine la struttura di tali pompe si presenta estremamente ingombrante e complessa richiedendo, oltre ai già menzionati circuiti ausiliari di lubrificazione, dei cuscinetti per il bloccaggio assiale dell'albero . Finally, the structure of these pumps is extremely bulky and complex requiring, in addition to the aforementioned auxiliary lubrication circuits, bearings for axial locking of the shaft.

Scopo della presente invenzione è quello di eliminare gli inconvenienti lamentati della tecnica nota, realizzando una pompa centrifuga che consenta di ottenere rendimenti elevati. The object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the known art, by providing a centrifugal pump which allows to obtain high yields.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di realizzare una pompa centrifuga di ingombro assiale, e conseguentemente peso, estremamente ridotto. Another object of the invention is that of realizing a centrifugal pump with axial overall dimensions, and consequently weight, extremely reduced.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare una pompa centrifuga che sia priva di apparecchiature ausiliarie di lubrificazione e di serbatoi per olio o grasso. A further object of the invention is that of realizing a centrifugal pump which is devoid of auxiliary lubrication equipment and reservoirs for oil or grease.

Non ultimo scopo del trovato è quello di realizzare una pompa economica ed affidabile. Not least object of the invention is to provide an economical and reliable pump.

Questi scopi, secondo la presente invenzione, vengono raggiunti realizzando una pompa centrifuga a tenuta radiale secondo la rivendicazione 1 alla quale si rimanda per brevità. These objects, according to the present invention, are achieved by realizing a centrifugal pump with radial seal according to claim 1 to which reference is made for the sake of brevity.

Vantaggiosamente la pompa presenta anelli di tenuta che risultano essere di dimensioni minori rispetto a quelli della tecnica nota e, se realizzati ad esempio in ghisa e cromati, riutilizzabili. Advantageously, the pump has sealing rings which are smaller than those of the known art and, if made for example of cast iron and chrome plated, reusable.

Inoltre, la pompa presenta, associati alla cassa e/o alla girante, coppie di anelli uguali, che sono in grado di reggere una spinta assiale, non danno problemi di ovalizzazione e riducono fortemente quelli relativi alle dilatazioni termiche e all'inflessione dell'albero, soprattutto quando quest'ultimo ha sbalzi tra gli appoggi di una certa lunghezza. In addition, the pump has, associated with the casing and / or the impeller, pairs of equal rings, which are able to withstand an axial thrust, do not give ovalization problems and greatly reduce those relating to thermal expansion and shaft deflection. , especially when the latter has overhangs between the supports of a certain length.

La costruzione delle pompe secondo l'invenzione risulta semplificata in quanto le superfici da lavorare, tra cui si effettua la tenuta, sono piane; il montaggio risulta semplificato per l'estrema facilità del centraggio e l'utilizzo e la manutenzione risultano molto semplici ed economiche per l'impossibilità del grippaggio e la maggior facilità di effettuare riporti o trattamenti su superfici piane. The construction of the pumps according to the invention is simplified since the surfaces to be machined, between which the sealing is carried out, are flat; the assembly is simplified due to the extreme ease of centering and the use and maintenance are very simple and economical due to the impossibility of seizing and the greater ease of carrying out coatings or treatments on flat surfaces.

Infine la pompa risulta avere un bassissimo impatto ambientale per la mancata espulsione di olii o grassi esausti, estremamente inquinanti, da smaltire in modo opportuno. Finally, the pump has a very low environmental impact due to the lack of expulsion of exhausted oils or fats, extremely polluting, to be disposed of in an appropriate manner.

Tutto ciò si traduce, naturalmente, in costi di acquisto, manutenzione e gestione fortemente ridotti, oltre che in una aumentata affidabilità, semplicità e velocità di utilizzo e manutenzione. All this translates, of course, into greatly reduced purchase, maintenance and management costs, as well as increased reliability, simplicity and speed of use and maintenance.

Le caratteristiche ed i vantaggi della pompa centrifuga a tenuta radiale secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali: la figura 1 è una sezione della pompa secondo 1'invenzione; The characteristics and advantages of the centrifugal pump with radial seal according to the present invention will become more evident from the following description, which is exemplary and not limiting, referring to the attached schematic drawings in which: Figure 1 is a section of the pump according to the invention;

la figura 2 è una sezione di un particolare della pompa secondo l'invenzione; Figure 2 is a section of a detail of the pump according to the invention;

la figura 3 è una vista in alzata laterale della pompa secondo l'invenzione; Figure 3 is a side elevation view of the pump according to the invention;

la figura 4 è una sezione di un particolare della pompa secondo l'invenzione in una seconda realizzazione,-la figura 5 è una sezione di un particolare della pompa secondo l'invenzione in una terza realizzazione; figure 4 is a section of a detail of the pump according to the invention in a second embodiment, figure 5 is a section of a detail of the pump according to the invention in a third embodiment;

la figura 6 è una sezione di un particolare della pompa secondo l'invenzione in una quarta realizzazione . figure 6 is a section of a detail of the pump according to the invention in a fourth embodiment.

Con riferimento alle figure citate, viene mostrata una pompa centrifuga, indicata complessivamente con il numero 1, in cui un albero 4, sul quale è calettata una girante 5, è girevolmente connesso all'interno di una cassa 2. With reference to the aforementioned figures, a centrifugal pump is shown, indicated as a whole with the number 1, in which a shaft 4, on which an impeller 5 is keyed, is rotatably connected inside a casing 2.

La cassa 2 e la girante 5 presentano delle superfici affacciate 21, 22, ortogonali all'asse della girante, tra le quali sono interposti dei mezzi di tenuta e protezione 6, per impedire il trafilamento dell'acqua dalla camera ad alta pressione a quella a bassa pressione e per proteggere le superfici degli organi principali della pompa. Tali mezzi 6 comprendono un anello di tenuta che è amovibilmente connesso alla cassa 2 mediante mezzi di bloccaggio 7, quali rivetti, altri organi meccanici e/o collanti, nell'esempio viti. La girante 5, durante il funzionamento, trasmette delle sollecitazioni centrifughe all'acqua che favoriscono la tenuta poiché tendono ad allontanare l'acqua dall'asse della girante 5. L'anello 6, inoltre, permette il posizionamento automatico centrato della girante 5 all'interno della cassa 2 senza la necessità di disporre di opportuni elementi di bloccaggio assiale. L'anello 6, infatti, è in grado di trasmettere, tra la cassa 2 e la girante 5, delle forze assiali che mantengono, naturalmente ed autonomamente, la girante 5 in una posizione corretta all'interno della cassa 2. The casing 2 and the impeller 5 have facing surfaces 21, 22, orthogonal to the axis of the impeller, between which sealing and protection means 6 are interposed, to prevent the leakage of water from the high-pressure chamber to the one. low pressure and to protect the surfaces of the main parts of the pump. Said means 6 comprise a sealing ring which is removably connected to the casing 2 by means of locking means 7, such as rivets, other mechanical members and / or adhesives, in the example screws. The impeller 5, during operation, transmits centrifugal stresses to the water which favor the seal since they tend to move the water away from the axis of the impeller 5. The ring 6 also allows the automatic centered positioning of the impeller 5 at the inside the casing 2 without the need for suitable axial locking elements. The ring 6, in fact, is able to transmit, between the casing 2 and the impeller 5, axial forces which naturally and autonomously keep the impeller 5 in a correct position inside the casing 2.

In una diversa forma di realizzazione, la pompa secondo l'invenzione presenta l'anello di tenuta 6 amovibilmente connesso, tramite viti 7, alla girante 5 (Fig. 4); un'ulteriore forma di realizzazione della pompa secondo l'invenzione presenta, inoltre, una coppia di anelli di tenuta 6 in modo tale che un primo anello sia connesso alla girante 5 ed un secondo anello alla cassa 2 (Fig 5). In a different embodiment, the pump according to the invention has the sealing ring 6 removably connected, by means of screws 7, to the impeller 5 (Fig. 4); a further embodiment of the pump according to the invention also has a pair of sealing rings 6 so that a first ring is connected to the impeller 5 and a second ring to the casing 2 (Fig 5).

Gli anelli 6 sono realizzati mediante materiali usurabili e con basso coefficiente di attrito per fare da elemento di usura da sostituire quando il deterioramento del materiale è tale da non garantire più un corretto funzionamento della pompa. Preferibilmente tali anelli sono realizzati in fibre sintetiche, materiali ceramici, polveri sinterizzate, materiali ferrosi con riporti in materiali opportuni, per esempio anelli in ghisa cromati. The rings 6 are made of materials that can be worn and have a low coefficient of friction to act as a wear element to be replaced when the deterioration of the material is such as to no longer guarantee correct operation of the pump. Preferably, these rings are made of synthetic fibers, ceramic materials, sintered powders, ferrous materials with coatings in suitable materials, for example chromed cast iron rings.

L'albero 4 è girevolmente connesso alla cassa 2 mediante cuscinetti a strisciamento 23, 24 i quali sono alloggiati in una prima ed una seconda sede cilindrica 8, 9 della cassa 2. Alle estremità delle sedi 8, 9 la cassa presenta dei bordi di battuta 18 per permettere la connessione amovibile di un coperchio 10 o di mezzi di tenuta 12. The shaft 4 is rotatably connected to the casing 2 by means of sliding bearings 23, 24 which are housed in a first and a second cylindrical seat 8, 9 of the casing 2. At the ends of the seats 8, 9 the casing has abutment edges 18 to allow the removable connection of a cover 10 or sealing means 12.

Il coperchio 10 chiude detta sede 8 individuando una prima camera 11 atta a contenere dell'acqua. Il coperchio 10 può presentare, inoltre, una luce per il collegamento della detta camera 11 con un ambiente esterno, detta luce essendo chiusa mediante tappo filettato 17. The lid 10 closes said seat 8 identifying a first chamber 11 suitable for containing water. The lid 10 can also have a port for connecting said chamber 11 with an external environment, said port being closed by means of a threaded plug 17.

Un organo di collegamento idraulico 16 permette il collegamento della camera 11 con una camera ad alta pressione 20, in modo da consentire il passaggio dell'acqua dalla camera 20 alla camera 11 che, essendo in comunicazione con il cuscinetto a strisciamento 23, ne permette la lubrificazione. A hydraulic connection member 16 allows the connection of the chamber 11 with a high pressure chamber 20, so as to allow the passage of water from the chamber 20 to the chamber 11 which, being in communication with the sliding bearing 23, allows its lubrication.

La sede 9, in cui è alloggiato il secondo cuscinetto a strisciamento 24, è chiusa frontalmente dai mezzi di tenuta 12, che consentono la fuoriuscita dell'albero 4 dalla cassa 2 della pompa ed il suo collegamento ad una macchina motrice non rappresentata nelle figure. I mezzi di tenuta 12 individuano, all'estremità della sede 9 del cuscinetto 24 una camera 14 sulla quale si affaccia il cuscinetto 24, e posta in comunicazione, tramite un organo di collegamento idraulico 16 e attraverso i mezzi di tenuta 12, con la camera ad alta pressione 20. L'acqua proveniente dalla camera ad alta pressione 20, pertanto, lubrifica sia il cuscinetto 23 posto nella sede 8 sia il cuscinetto 24 posto nella sede 9. The seat 9, in which the second sliding bearing 24 is housed, is closed at the front by the sealing means 12, which allow the shaft 4 to come out of the pump casing 2 and to connect it to a driving machine not shown in the figures. The sealing means 12 identify, at the end of the seat 9 of the bearing 24, a chamber 14 onto which the bearing 24 faces, and placed in communication, through a hydraulic connection member 16 and through the sealing means 12, with the chamber at high pressure 20. The water coming from the high pressure chamber 20, therefore, lubricates both the bearing 23 located in the seat 8 and the bearing 24 located in the seat 9.

Una ulteriore forma di realizzazione della pompa secondo il trovato presenta, interposti tra cassa 2 e girante 5, gli anelli di tenuta 6 che lavorano, secondo l'invenzione, lungo superfici radiali, e cuscinetti a sfere 30 di sostegno dell'albero 44 (Fig. 6). A further embodiment of the pump according to the invention has, interposed between casing 2 and impeller 5, sealing rings 6 which work, according to the invention, along radial surfaces, and ball bearings 30 supporting shaft 44 (Fig. . 6).

Un'altra forma di realizzazione della pompa secondo l'invenzione presenta, anelli di tenuta ad azione radiale, e cuscinetti a rulli per il supporto dell'albero e la sua connessione girevole alla cassa. In tale forma di realizzazione della pompa non sono necessari organi per il bloccaggio assiale dell'albero poiché è l'anello di tenuta stesso che assolve a questa funzione (non illustrata). Another embodiment of the pump according to the invention has radial action sealing rings and roller bearings for supporting the shaft and its rotatable connection to the casing. In this embodiment of the pump, no members are required for axial locking of the shaft since it is the sealing ring itself that performs this function (not shown).

Il funzionamento della pompa secondo il trovato è il seguente. The operation of the pump according to the invention is as follows.

L'acqua in ingresso nella pompa viene prelevata da una camera a bassa pressione 19 dalla girante 5 che le cede energia, la porta ad alta pressione e la scarica in una camera ad alta pressione 20. The water entering the pump is taken from a low-pressure chamber 19 by the impeller 5 which gives it energy, brings it to high pressure and discharges it into a high-pressure chamber 20.

La tenuta tra le camere 19, 20 è garantita dagli anelli di tenuta 6 che, essendo amovibilmente connessi alla cassa 2, sono in moto relativo rispetto alla girante 5. Tali anelli ostacolano il passaggio dell'acqua dalla camera ad alta pressione a quella a bassa pressione in maniera molto efficiente, essendo aiutate in questa azione dalle sollecitazioni centrifughe che la girante trasmette all'acqua. The seal between the chambers 19, 20 is ensured by the sealing rings 6 which, being removably connected to the casing 2, are in relative motion with respect to the impeller 5. These rings obstruct the passage of water from the high-pressure chamber to the low-pressure chamber. pressure in a very efficient way, being aided in this action by the centrifugal stresses that the impeller transmits to the water.

In una realizzazione semplificata, non mostrata, l'ingombro occupato dall'anello o dagli anelli viene occupato da rispettive parti della cassa 2 e della girante 5 e la tenuta si realizza lungo le superfici affacciate 21, 22. In tal caso per una maggiore garanzia della tenuta le superfici possono essere trattate in modo opportuno per avere una maggior resistenza allo strisciamento ed all'usura. In a simplified embodiment, not shown, the space occupied by the ring or rings is occupied by respective parts of the casing 2 and the impeller 5 and the seal is made along the facing surfaces 21, 22. In this case, for a greater guarantee of the seal, the surfaces can be suitably treated to have greater resistance to sliding and wear.

Inoltre l'albero della pompa secondo l'invenzione è girevolmente connesso alla cassa 2 mediante una coppia di cuscinetti a strisciamento 23, 24 . Tali cuscinetti sono lubrificati con la stessa acqua trattata dalla pompa e proveniente, attraverso gli organi di collegamento 16, dalla camera ad alta pressione 20. Furthermore, the shaft of the pump according to the invention is rotatably connected to the casing 2 by means of a pair of sliding bearings 23, 24. These bearings are lubricated with the same water treated by the pump and coming, through the connection members 16, from the high pressure chamber 20.

La pompa secondo l'invenzione non necessita di cuscinetti assiali o altri organi atti ad esercitare delle azioni assiali,· infatti gli anelli di tenuta 6 stessi permettono lo scambio di forze lungo l'asse, tra la girante 5 e la cassa 2. The pump according to the invention does not require axial bearings or other members capable of exerting axial actions, in fact the sealing rings 6 themselves allow the exchange of forces along the axis, between the impeller 5 and the casing 2.

Si è in pratica constatato come la pompa secondo l'invenzione risulti particolarmente vantaggiosa per l'elevato rendimento che si riesce ad ottenere. Inoltre la pompa risulta particolarmente vantaggiosa dal punto di vista ecologico per la riduzione dei rumori e degli agenti inquinanti quali olii o grassi esausti. L'economicità, infine, è garantita dai bassi costi di impianto, manutenzione e gestione della pompa stessa. In practice it has been found that the pump according to the invention is particularly advantageous due to the high efficiency that can be obtained. Furthermore, the pump is particularly advantageous from an ecological point of view for the reduction of noise and pollutants such as exhausted oils or fats. Finally, the economy is guaranteed by the low costs of installation, maintenance and management of the pump itself.

La pompa così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito dell'invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. The pump thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the invention; furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.

In pratica i materiali utilizzati nonché le dimensioni potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze. In practice, the materials used as well as the dimensions may be any according to requirements.

Claims

CLAIMS 1. Centrifugal pump with radial seal comprising a casing (2) to which a shaft (4) is rotatably connected, and an impeller (5), connected to said shaft (4) and free to rotate inside said casing (2 ), characterized in that said casing (2) and said impeller (5) in relative motion have facing surfaces (21), (22) which are substantially orthogonal to the axis of said impeller (5) and form the seal.

2. Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that it comprises, between said surfaces (21), (22) in relative motion, sliding sealing and protection means (6) to improve sealing and protect the main members from possible mutual contacts or impurities of the fluid.

3. Centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that said sealing and protection means (6) comprise at least one sealing ring.

4. Centrifugal pump according to claim 3, characterized in that said ring is removably connected at least to the impeller (5).

5. Centrifugal pump according to claim 3, characterized in that said ring is removably connected at least to the casing (2).

6. Centrifugal pump according to claim 3, characterized in that said sealing rings (6) are made of materials with a low coefficient of friction.

7. Centrifugal pump according to claim 3, characterized in that it has locking elements (7) for the removable connection of said sealing rings (6).

8. Centrifugal pump according to claim 7, characterized in that said locking elements (7) are screws.

9. Centrifugal pump according to one or more of the preceding claims, characterized in that said pump comprises at least plain bearings (23), (24) housed in substantially cylindrical seats (8), (9) of the casing (2), said bearings (23), (24) being interposed between said casing (2) and said shaft (4) and being lubricated by the same liquid treated by the pump.

10. Centrifugal pump according to claim 9, characterized in that said first seat (8) is frontally closed by means of a cover (10), said cover (10) identifying a first chamber (11) hydraulically connected to said sliding bearings (3) .

11. Centrifugal pump according to claim 9, characterized in that said casing (2) has, near said second seat (9), sealing means (12) associated with said shaft (4), which identify at least a second chamber (14) hydraulically connected to said plain bearings (3).

12. Centrifugal pump according to claim 10, characterized in that it has at least one hydraulic connection member (16) between said first chamber (11) and a chamber of the high-pressure pump (20), to supply said bearing (3) the necessary lubricating fluid.

13. Centrifugal pump according to claim 11, characterized in that it has a hydraulic connection member (16) between said second chamber (14) and said high-pressure pump chamber (20), to supply said bearing (3) with the necessary lubrication fluid.

14. Centrifugal pump with radial seal as substantially described and illustrated in the accompanying drawings.